變形表面主動輪廓建模理論與方法.pdf

1、變形表面是指表面形狀形貌會隨著時間發(fā)生變化的表面,它可以是由于外力作用產生的彈性或塑性變形表面,也可以是由于內力的作用產生的擴張或收縮變形表面,還可以是由于切割或磨削產生的漸變變形表面,它們表現(xiàn)出一些共同的特征:表面輪廓構造的不規(guī)則性,幾何拓撲結構的自由性,輪廓動態(tài)變化的隨機性,傳統(tǒng)方法很難實現(xiàn)對這類變形表面模型的構建。主動輪廓模型是從計算機視覺理論中發(fā)展起來的一種新型建模理論,可以把圖形圖像中所蘊含的低層視覺屬性和高層理解機制所獲得的

2、先驗信息融合,把它應用于變形表面的研究具有重要的意義。針對主動輪廓模型應用于變形表面時產生的問題和存在的欠缺,本文從理論和方法上進行了深入的研究,具體貢獻包括以下幾個方面。
　　 對變形表面輪廓周圍矢量場的分布狀況進行分析發(fā)現(xiàn),深度凹陷區(qū)和瓶頸輪廓區(qū)的矢量是相互平行、方向相同或相對的,在這一區(qū)域無法提供引導主動輪廓模型向目標輪廓進行演化的外部力。針對這一問題,提出自適應梯度矢量流模型,引入的自適應正則化調節(jié)因子可增強目標輪廓邊緣

3、處梯度場的強度,弱化利用擴散方程對邊緣梯度場進行擴散時產生的平滑效應:附加的自適應外部力對靜態(tài)的梯度場方向信息加以考慮的同時,動態(tài)演化曲線的幾何信息也納入其中,由此所得到的自適應梯度場能對變形輪廓曲線產生正確的引導,確保其收斂到深度凹陷區(qū)域或瓶頸輪廓區(qū)域的目標輪廓邊緣上。
　　 初始位置敏感和收斂效率低下是困擾主動輪廓模型發(fā)展的主要問題之一,為此建立了B-樣條共軛梯度主動輪廓模型。通過Z-變換得到B-樣條曲線的轉換系數(shù),使得經典

4、B-樣條曲線的控制點與演化曲線上的結點相重疊,這樣就帶來兩方面的好處:一方面初始輪廓的放置可以盡可能地接近目標輪廓,另一方面,參與演化曲線點可直接取為三次B-樣條的控制點。同時由梯度矢量構建的共軛梯度矢量能滿足共軛性的要求,需要的額外數(shù)值計算量少,提高了目標輪廓點搜索效率。
　　 為了對變形表面輪廓所蘊含的幾何成份加以分析,研究了可控誤差表面離散小波方法。通過在L2(R)空間中的多分辨率分析,得到不同層次上允差范圍內變形表面的小

5、波分解,使得輪廓曲線的整體形狀和曲線上波紋度變化有效分離,為后續(xù)的特征參數(shù)提取做好準備；為了消除目標輪廓附近其它的圖像信息對變形曲線的影響,構建用于邊緣檢測的多尺度小波,通過小波變換場取代梯度矢量場,實現(xiàn)有噪和模糊邊緣狀態(tài)下主動輪廓曲線的演化。
　　 表面變形可能發(fā)生在一個區(qū)域,也可能在多個區(qū)域同時出現(xiàn),給出的多目標輪廓水平集提取模型,可以有效地描述多區(qū)域輪廓的動態(tài)變化。該模型中的區(qū)域項通過區(qū)域內的統(tǒng)計信息區(qū)分出多個目標輪廓,梯